再生水管壁生物膜引起管道腐蝕,導致管道破裂,水質(zhì)突變等安全事故。本研究選擇鑄鐵管為研究對象,考察了生物膜發(fā)育與腐蝕過程的同步變化特征;解析了腐蝕功能菌及胞外聚合物（EPS）對腐蝕的生物影響作用、生物膜作用下的特殊腐蝕組分對腐蝕的化學影響作用。結(jié)合生物膜/管壁界面特點耦合了上述生物、化學作用,提出了生物腐蝕機理。再生水鑄鐵管生物膜中豐度最高的是變形菌門（47.17%）,其次是擬桿菌門（14.21%）和硝化螺菌屬門（5.45%）。鑄鐵管生物膜中腐蝕菌所占比例明顯高于其他管材生物膜,因此后續(xù)研究應重點關注鑄鐵管生物膜腐蝕功能菌。生物膜對鑄鐵腐蝕速率的影響表現(xiàn)為初期加速、中期抑制、后期再加速。生物膜作用下的鑄鐵表面出現(xiàn)宏觀點蝕,而無生物膜表面為均勻腐蝕。不同發(fā)育階段生物膜對腐蝕的影響作用歸結(jié)于好氧菌,鐵細菌及硫酸鹽還原菌等的協(xié)同作用。生物抑制腐蝕過程與胞外聚合物有關,穩(wěn)定期胞外聚合物抑制腐蝕率最高,主要原因在于其高比例的C=O和C-（O,N）。EPS對腐蝕的影響主要是EPS在鑄鐵表面吸附成膜抑制陰極腐蝕;同時EPS特征官能團與鐵離子的耦合作用加速陽極溶出促進腐蝕。EPS會影響腐蝕產(chǎn)物的晶體構(gòu)型... 

【文章來源】：清華大學北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 生物腐蝕及其危害
        1.2.2 生物腐蝕的研究方法
        1.2.3 生物腐蝕的研究對象與機理
        1.2.4 國內(nèi)外研究中存在的重要問題
    1.3 研究目的、研究內(nèi)容與技術路線
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 技術路線
第2章 再生水鑄鐵管生物膜群落結(jié)構(gòu)特征
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 試驗裝置
        2.2.2 測試與分析方法
    2.3 菌群結(jié)構(gòu)多樣特征
    2.4 優(yōu)勢種群特征
    2.5 特異菌群特征
    2.6 本章小結(jié)
第3章 生物膜對鑄鐵腐蝕的影響
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 試驗裝置
        3.2.2 測試與分析方法
    3.3 水質(zhì)參數(shù)變化特征
    3.4 生物腐蝕參數(shù)變化特征
        3.4.1 腐蝕速率的變化
        3.4.2 腐蝕產(chǎn)物形態(tài)分析
        3.4.3 腐蝕產(chǎn)物元素組成分析
        3.4.4 腐蝕功能菌群落結(jié)構(gòu)
        3.4.5 電化學參數(shù)變化
    3.5 生物腐蝕機理解析
        3.5.1 腐蝕速率與功能菌的關系
        3.5.2 腐蝕機理分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 胞外聚合物對鑄鐵腐蝕的生物影響
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 菌種來源及培養(yǎng)
        4.2.2 菌液預處理及胞外聚合物提取
        4.2.3 胞外聚合物對鑄鐵腐蝕影響
        4.2.4 分析方法
    4.3 胞外聚合物特性
        4.3.1 最佳提取方法的確定
        4.3.2 胞外聚合物組分性質(zhì)
        4.3.3 胞外聚合物官能團特性
    4.4 胞外聚合物對腐蝕的影響
        4.4.1 胞外聚合物對腐蝕速率的影響
        4.4.2 胞外聚合物對腐蝕產(chǎn)物的影響
    4.5 胞外聚合物腐蝕機理
        4.5.1 EPS吸附成膜與耦合鐵特性
        4.5.2 EPS影響腐蝕產(chǎn)物及水相溶解氧
    4.6 本章小結(jié)
第5章 腐蝕組分形成機制及對腐蝕的化學影響
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
        5.2.1 試驗裝置
        5.2.2 試驗方法
    5.3 腐蝕瘤特征及形成機制
        5.3.1 腐蝕瘤形態(tài)特征
        5.3.2 腐蝕瘤化學特征
        5.3.3 腐蝕瘤生物膜群落解析
        5.3.4 腐蝕瘤形成機制
    5.4 穩(wěn)態(tài)水特征及形成機制
        5.4.1 穩(wěn)態(tài)水水質(zhì)特征
        5.4.2 穩(wěn)態(tài)水形成機制
    5.5 腐蝕瘤鐵氧化物及穩(wěn)態(tài)水組分對腐蝕的影響
        5.5.1 鐵氧化物組分對腐蝕的影響
        5.5.2 穩(wěn)態(tài)水組分對腐蝕的影響
    5.6 本章小結(jié)
第6章 生物-化學耦合腐蝕機理的建立
    6.1 引言
    6.2 試驗材料與方法
        6.2.1 試驗裝置
        6.2.2 測試與分析方法
    6.3 生物膜/腐蝕界面作用
        6.3.1 鐵離子對鑄鐵生物膜發(fā)育的影響
        6.3.2 鐵離子對生物膜胞外多聚物產(chǎn)量的影響
        6.3.3 生物膜發(fā)育微觀形態(tài)
    6.4 生物膜對腐蝕過程的生物影響
        6.4.1 生物代謝過程及產(chǎn)物
        6.4.2 胞外聚合物組分
    6.5 生物膜對腐蝕過程的間接化學影響
        6.5.1 生物膜調(diào)節(jié)鐵礦化
        6.5.2 生物膜誘導鐵礦化
        6.5.3 生物膜影響穩(wěn)態(tài)水水質(zhì)
    6.6 生物-化學耦合作用機理
    6.7 本章小結(jié)
第7章 生物腐蝕控制措施研究
    7.1 生物膜發(fā)育控制
    7.2 替換管材的選擇
        7.2.1 金屬管材的選擇
        7.2.2 塑料管材的選擇
    7.3 緩蝕阻垢劑的應用
        7.3.1 緩蝕阻垢效果
        7.3.2 緩蝕阻垢機理
    7.4 建議控制措施
第8章 結(jié)論與建議
    8.1 結(jié)論
    8.2 主要創(chuàng)新點
    8.3 建議
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：2994579